Systemy BMS. Komunikacja z urządzeniami obiektowymi za pomocą Automation Server (AS)

W dobie dzisiejszej technologii praktycznie każdy budynek jest wyposażony w system, który odpowiada za jego zarządzanie. Mowa tutaj o systemie BMS (skrót z angielskiego od Building Management System czyli System Zarządzania Budynkiem). BMS może skupiać w sobie urządzenia i inne systemy, czyli integruje je przy pomocy protokołów takich jak Modbus TCP, Modbus RTU, BACNet czy LON. Ten krótki artykuł ma na celu przybliżenie sposobu komunikacji  z urządzeniami po jednym z najczęściej używanych protokołów w automatyce budynkowej – Modbus TCP, wykorzystując system StruxureWare Building Operation na sterowniku (serwerze automatyki) Automation Server, wyprodukowanym przez firmę Schneider Electric.

Wszystkie testy wykonano na powyżej przedstawionym mini-stanowisku testowym, dlatego też komunikację przeprowadzono przy pomocy „symulacyjnych” urządzeń.

Komunikacja po protokole Modbus TCP odbywała się poprzez przekaźnik programowalny Siemens LOGO!.

Automation Server to urządzenie, które doskonale sprawdza się w automatyce budynkowej, a cechują go następujące funkcje:

• Obsługa wielu protokołów komunikacyjnych (Modbus TCP, Modbus RTU, BACNet IP, BACNet MS/TP, LON).
• Obsługa wejść/wyjść – jest to kompletny sterownik, obsługujące dedykowane do niego wejścia/wyjścia analogowe i cyfrowe z możliwości swobodnego, przejrzystego programowania w języku FBD.
• Jak sama nazwa wskazuje jest to serwer automatyki więc można bezpośrednio na nim wykonywać grafiki, wizualizacje, trendy, logi zmiennych.
• Bez dodatkowych stacji roboczych można wykonywać na tym urządzeniu małej i średniej wielkości instalacje.
• Posiada WEBServer, dzięki któremu można przez przeglądarkę zarządzać obiektem.

…i wiele innych ciekawych funkcji, ułatwiających proces tworzenia systemu BMS, o których się tutaj nie będę rozpisywał, po prostu trzeba spróbować samemu.

Tymczasem przejdźmy do konkretów. Po zalogowaniu się do serwera automatyki za pomocą środowiska StruxureWare Building Operation widzimy następujący obraz:

W celu jak największego urealnienia testu, do jednego z wejść analogowych LOGO! podłączono czujnik wilgotności z przetwornikiem 0 – 10 V. Jak wiadomo niektóre modele przekaźnika programowalnego mają 8 wejść, w tym 4 analogowe. Na poniższym obrazku przedstawiono konfigurację oraz bloki programowe w LOGO!, które umożliwiają wyżej wspomnianą komunikację. Rejestry do komunikacji z LOGO! można uzyskać z samego programu LOGO!Soft w ustawieniach protokołu Modbus.

Aby nawiązać komunikację z LOGO! w środowisku SmartStruxure należy stworzyć nowy interfejs. Tworzy się go klikając PPM (prawy przycisk myszy) w wolne pole następnie New >> Interface i w okienku należy wybrać Modbus Interface, a następnie Modbus TCP Network, po czym trzeba nadać nazwę sieci Modbus. Kolejnym etapem jest stworzenie nowego urządzenia w tej sieci. W tym celu należy kliknąć PPM na sieć protokołu Modbus i wybrać New >> Modbus TCP Device i nadać nazwę nowemu urządzeniu. Kolejnym krokiem jest konfiguracja nowo dodanego obiektu, klikając PPM na dodane urządzenie i wybierając Properties. Bardzo ważne jest to aby poprawnie skomunikować się z urządzeniem, w tym celu należy wypełnić następujące pola:

• Device Address – Bardzo często zdarza się tak, że przy Modbusie TCP nie jest istotny adres urządzenia, jednak w tym przypadku, kiedy komunikujemy się z LOGO! należy wpisać adres 255 (później system automatycznie zmieni go na wartość Default);
• IP Address/Hostname – Adres IP urządzenia, z którym się komunikujemy.

I to w zasadzie było by tylko tyle (w niektórych przypadkach aż tyle, bo czasami spędzało się długie godziny na komunikacji i kombinowaniu przy rejestrach Modbusowych a potem okazywało się, że problem tkwi w adresie urządzenia, ale to temat na inny artykuł 🙂 )

Można by rzec, że już prawie mamy komunikację osiągniętą. Zostało dodanie rejestru, który przechowuje wartość naszej zmiennej. W tym przypadku wilgotności powietrza.

Stworzenie nowej zmiennej odbywa się poprzez kliknięcie PPM na wolne pole w folderze urządzenia oraz PPM i wybieramy New >> Modbus Point >> Modbus Analog Input Point po czym nazywamy zmienną. Wchodzimy w jej właściwości klikając PPM i Properties.

Podobnie jak urządzenie, zmienną także trzeba skonfigurować w odpowiedni sposób uzupełniając:

• Register number – W to miejsce trzeba wpisać numer rejestru. W SBO (StruxureWare Building Operation) czasami jest tak, ze program sobie przesuwa numer rejestru zazwyczaj w górę, rzadziej w dół. Jeżeli więc mamy rejestr 40011 i nasze urządzenie go nie czyta, to warto spróbować pod 40010 lub 40012.
• Register type – jest to typ rejestru, format w jakim są umieszczone zmienne, czasami urządzenia wysyłają np. rejestry w różnych formatach lub są wartości zapisane odwrotnie na poszczególnych bitach – dzięki ustawieniu odpowiedniego typu rejestru można odczytać poprawnie dane.
• Read function code – przy wyborze wejścia analogowego, mamy także do wyboru jaki typ rejestru będzie odczytywany, czy to jest np. Input Register czy Holding Register.
• Bit mask  – maska bitowa, do odczytywania np. stanów poszczególnych bitów z wartości analogowej.
• Gain i Offset – Bardzo pomocne narzędzia zwłaszcza, kiedy chcemy przesłać zmienną po przecinku, lub taką wartość, która ma przesunięcie.

Po poprawnym uzupełnieniu funkcji, sterownik powinien automatycznie odpytać wartość i wyświetlić w kolumnie Value, tak jak na rysunku poniżej.

Podsumowanie

Powyższy artykuł miał na celu krótkie przedstawienie komunikacji pomiędzy sterownikiem systemu BMS a urządzeniem obiektowym, w naszym przypadku był to sterownik Siemens LOGO!, ale tak na prawdę, może to być każde urządzenie, które komunikuje się po protokole Modbus TCP. To tylko jedna z bardzo wielu możliwości tego sterownika, nie sposób opisać ich wszystkich na raz. W następnych artykułach postaram się przedstawić komunikację po protokole LON z kultowymi sterownikami TAC Xenta. Jeżeli ktoś ma pytania związane z tym sterownikiem, bardzo chętnie wejdę w dyskusję.

Artykuł został nagrodzony w Konkursie iAutomatyka –  edycja Luty 2019 Nagrodę Klawiatura bezprzewodowa bluetooth + klucz do szaf dostarcza ambasador konkursu, firma Multiprojekt.